(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥機と、この乾燥機に乾燥気体を供給するための給気機構とを具えた乾燥システムにおいて、前記乾燥機は連続式熱風乾燥機であり、また前記給気機構はヒートポンプユニットを具えて成るものであり、更に前記給気機構には、ヒートポンプユニットにより昇温された乾燥気体を、更に昇温するための昇温装置が具えられ、前記ヒートポンプユニットにおける蒸発器に供給される熱源としての作用水に、前記昇温装置において用いられた熱媒体に残存する熱を回収するための熱回収機構が具えられていることを特徴とするヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システム。
【請求項２】
前記作用水を、周辺設備から排出された温排水により昇温するための構成が具えられたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプユニットにおける蒸発器に供給される作用水が、ヒートポンプユニットの最適動作温度域に調整されていることを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプユニットを複数基具えたことを特徴とする請求項１、２または３記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプユニットは、二酸化炭素を冷媒とするものであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動層乾燥機や回転ドラム式乾燥機等の連続式熱風乾燥装置に関するものであり、特に高温の乾燥気体が必要とされる乾燥機を乾燥システム全体としてエネルギー効率良く運転することのできるヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近時、環境保全の取り組みが盛んになってきており、更にいわゆる省エネの観点から、乾燥装置において熱源としてヒートポンプユニットを適用することが試みられている。
具体的には、いわゆるバンド乾燥機に対して、フロン系の冷媒を使用したヒートポンプユニットが適用された装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで前記バンド乾燥機は、被処理物が乾燥室内に配されたネットコンベヤ等の軌道上を移動する際に、乾燥気体と接触して乾燥が行われるものであり、ネットコンベヤを多段に具えることにより、長時間での処理が可能とされたものである。
一方、比較的短時間で処理が行われる流動層乾燥機や回転ドラム式乾燥機等の連続式熱風乾燥装置においては、その熱源にヒートポンプユニットを適用することは現実的ではなかった。
【０００４】
具体的には流動層乾燥機等にあっては、被処理物の乾燥機内での滞留時間（処理時間）が短く、更に乾燥初期の段階で高温の乾燥気体が必要とされるため、フロン系の冷媒を使用したヒートポンプでは得られる熱風の温度が５０℃程度であり、短時間で乾燥するのに必要な温度が得られないことから、乾燥機を大型化する等して対応する必要があり、効率的な運転をすることができず、かえってコスト上昇を招いてしまうこととなるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９５７６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、連続式熱風乾燥装置に対して高温の乾燥気体を供給するための機器としてヒートポンプユニットを適用することを可能にするとともに、乾燥システム全体としてのエネルギー効率が高く、更に高エネルギー効率で安定した運転を行うことのできる、新規なヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムの開発を技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムは、乾燥機と、この乾燥機に乾燥気体を供給するための給気機構とを具えた乾燥システムにおいて、前記乾燥機は連続式熱風乾燥機であり、また前記給気機構はヒートポンプユニットを具えて成るものであり、更に前記給気機構には、ヒートポンプユニットにより昇温された乾燥気体を、更に昇温するための昇温装置が具えられ、前記ヒートポンプユニットにおける蒸発器に供給される熱源としての作用水に、前記昇温装置において用いられた熱媒体に残存する熱を回収するための熱回収機構が具えられていることを特徴として成るものである。
【０００８】
更にまた請求項２記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムは、前記要件に加え、前記作用水を、周辺設備から排出された温排水により昇温するための構成が具えられたことを特徴として成るものである。
【０００９】
更にまた請求項３記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムは、前記要件に加え、前記ヒートポンプユニットにおける蒸発器に供給される作用水が、ヒートポンプユニットの最適動作温度域に調整されていることを特徴として成るものである。
【００１０】
更にまた請求項４記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムは、前記要件に加え、前記ヒートポンプユニットを複数基具えたことを特徴として成るものである。
【００１１】
更にまた請求項５記載のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムは、前記要件に加え、前記ヒートポンプユニットは、二酸化炭素を冷媒とするものであることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【００１２】
まず請求項１記載の発明によれば、ヒートポンプユニットにより昇温される乾燥気体の温度を９０℃程度とすることができ、更にこの乾燥気体を昇温装置によって、連続式熱風乾燥機に求められる温度まで昇温することができる。このため、高温の乾燥気体が必要とされる乾燥機である流動層乾燥機等の連続式乾燥機を適用した乾燥システムを構成することが可能となり、エネルギー効率の高い運転を行うことができる。
またヒートポンプユニットにおいて熱を放出した後の作用水に対して、昇温装置において用いられた熱媒体に残存する余剰な熱を供給することにより、乾燥システム全体のエネルギー効率がよりいっそう向上し、低ランニングコストでの運転が可能となる。
すなわち前記作用水の温度を高めることにより、ヒートポンプユニットに供給する作用水の量を低減することができ、この結果、乾燥システム全体のエネルギー効率が向上し、低ランニングコストでの運転が可能となる。
【００１３】
更にまた請求項２記載の発明によれば、乾燥システムの周辺設備から排出される温排水等の余剰熱を有効利用することにより、乾燥システム全体のエネルギー効率の向上により、更なる低ランニングコストでの運転が可能となる。
【００１４】
更にまた請求項３記載の発明によれば、ヒートポンプユニットを効率良く稼働させることができ、低ランニングコストでの運転が促進される。
【００１５】
更にまた請求項４記載の発明によれば、乾燥気体の供給形態のバリエーションが増すため、被処理物の種類、性状、処理量や乾燥機の構成に応じて、乾燥気体の温度や風量を最適化し、良好な乾燥を行うことができる。
【００１６】
更にまた請求項５記載の発明によれば、二酸化炭素を冷媒とすることにより、ヒートポンプユニットで昇温される乾燥気体の温度を高くすることができる。またこの乾燥気体を更に昇温装置によって昇温することにより、連続式熱風乾燥装置に、高いエネルギー効率を実現した運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の乾燥システムを、二基のヒートポンプユニットが具えられるようにして構成した実施例を示すブロック図である。
【図２】昇温装置を示す骨格図である。
【図３】本発明の乾燥システムを、一基のヒートポンプユニットが具えられるようにして構成した実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムの形態は以下の実施例に示すとおりであるが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
【実施例】
【００１９】
本発明のヒートポンプユニットと昇温装置とを具えた乾燥システムＳ（以下、乾燥システムＳと称す）は、乾燥機１と、この乾燥機１に乾燥気体Ｄを供給するための給気機構とを具えて成るものである。具体的には一例として図１に示すように、乾燥機１と、給気機構を構成するヒートポンプユニット２及び昇温装置５とが主要要素として具えて構成され、前記ヒートポンプユニット２に対して熱源としての作用水Ｍを供給するための作用水タンク４が接続される。
また本発明の乾燥システムＳは、乾燥機１として連続式熱風乾燥機が適用されるものであり、乾燥機１内での被処理物Ｈの滞留時間（処理時間）が短く、更に乾燥初期の段階で高温の乾燥気体Ｄが必要とされる連続式の乾燥機１による乾燥処理を、ヒートポンプユニット２を用いながらもエネルギー効率が高く、更に安定した状態で行うことができるようにしたものである。
以下、これら乾燥システムＳの構成要素について詳しく説明し、続いて乾燥システムＳの作動態様を説明する。
【００２０】
まず前記乾燥機１は連続式熱風乾燥機の一例である流動層乾燥機が適用される。この乾燥機１は、筐体１０内を乾燥のための処理空間とするものであり、処理空間を上下に分割するように設けられた通気板１１の下方から乾燥気体Ｄが供給され、通気板１１上に位置する被処理物Ｈに流動層を形成させながら乾燥を行うものである。
このため筐体１０の下部には給気口１２が形成され、また前方（図１中、左側）上部には投入口１３が形成され、更に後方（図１中、右側）上部には排気口１４が形成され、更に後方且つ通気板１１よりも上方の個所に接続されるダクト１０ａに対して排出口１５が形成される。
また乾燥機１の周辺機器として、吹込ファン１６、サイクロン１７及び排気ファン１８が具えられるものであり、これらの接続状態については後程、詳しく説明する。
【００２１】
なおこの実施例では、前記通気板１１の中程に堰板１１ａが設けられ、ある程度乾燥の進んだ被処理物Ｈがこの堰板１１ａを乗り越えて次の乾燥段階に移行するような構成が採られるものであり、このため通気板１１の下方空間も堰板１１ａの下方で分割され、それぞれの空間に給気口１２Ａ、１２Ｂが形成されるようにした。更に図示は省略するが、前記堰板１１ａを上方に持ち上げることができる構成とし、適宜の時間間隔で解放することにより、被処理物Ｈの移動を行うようにしてもよい。
またこの実施例では、乾燥機１として流動層乾燥機が採用されたが、流動層造粒乾燥機、バンド乾燥機あるいは気流乾燥機等、他の連続式熱風乾燥機を採用することもできる。
【００２２】
次に前記ヒートポンプユニット２について説明すると、このものは、凝縮器２１と、膨張弁２２と、蒸発器２３と、圧縮機２４とを具えてヒートポンプサイクルを形成するものであり、一例として二酸化炭素を冷媒とするものが採用される。なお前記冷媒として二酸化炭素を採用することにより、ヒートポンプユニット２で昇温される乾燥気体Ｄの温度を高くすることができるものである。因みに現状では、二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプユニット２が、乾燥気体Ｄの温度を高くすることができるものとして実用化されているが、今後、他の冷媒を用いた同等の性能を有するヒートポンプユニット２が実用化された場合には、これを採用することもできる。
またこの実施例では、詳しくは後述するが、図１に示すようにヒートポンプユニット２が複数具えられるものであり、ヒートポンプユニット２及びその周辺機器の符号にアルファベット大文字の副番を付して区別するものとする。
【００２３】
また前記昇温装置５は図１及び図２（ａ）に示すように、一例としてプレートフィン式の熱交換器５１を主要部材として構成されるものであり、この熱交換器５１の内部には、複数の放熱フィン５３が側周に具えられたパイプ５２が配されている。そしてパイプ５２内を通過する流体（蒸気等）と、流入口５４から熱交換器５１内に入り、流出口５５から外部に出る過程において放熱フィン５３に接する流体（乾燥気体Ｄ１）との間で熱交換が行われることとなる。
【００２４】
そして図１に示すように、前記乾燥機１、ヒートポンプユニット２（２Ａ、２Ｂ）、作用水タンク４及び昇温装置５を組み合わせて乾燥システムＳが構成される。
すなわちこの実施例では、乾燥機１に対して温度の異なる乾燥気体Ｄ１、Ｄ２が給気口１２Ａ、１２Ｂに対してそれぞれ供給される構成が採られるものである。
そしてヒートポンプユニット２Ａ、２Ｂにおける凝縮器２１の入力側に吹込ファン１６Ａ、１６Ｂが管路Ｐによって接続され、また凝縮器２１の出力側と、乾燥機１の給気口１２Ａ、１２Ｂとの間が管路Ｐによって接続される。
またヒートポンプユニット２Ａ、２Ｂにおける蒸発器２３の入力側及び出力側が、管路Ｐによって作用水タンク４に接続されるものであり、蒸発器２３の入力側と作用水タンク４との間にポンプ４１が具えられる。
なお作用水タンク４には、内部に収容される作用水Ｍの温度を測定するための温度センサＴ１が具えられる。
【００２５】
また前記パイプ５２には図示しない適宜の蒸気発生装置から蒸気が供給されるものであり、この蒸気量を調節するための調節弁５６が具えられる。
また熱交換器５１と、乾燥機１における給気口１２Ａとの間の管路Ｐには、乾燥気体Ｄ１の温度を計測するための温度センサＴ２が具えられ、この温度センサＴ２の検出値に基づいて、適宜の制御装置によって前記調節弁５６の開度が調整される。
またヒートポンプユニット２Ａと、熱交換器５１との間の管路Ｐには、乾燥気体Ｄ１の温度を計測するための温度センサＴ４が具えられ、この温度センサＴ４の検出値に基づいて、適宜の制御装置により圧縮機２４の動作状態が調整され、温度センサＴ４によって検出される乾燥気体Ｄ１の温度が所定の値（一例として９０℃）となるように自動制御される。
【００２６】
更にヒートポンプユニット２Ｂにおける凝縮器２１と給気口１２Ｂとの間の管路Ｐには、乾燥気体Ｄ２の温度を計測するための温度センサＴ３が具えられ、この温度センサＴ３の検出値に基づいて、適宜の制御装置により圧縮機２４の動作状態が調整され、温度センサＴ３によって検出される乾燥気体Ｄ２の温度が所定の値（一例として６０℃）となるように自動制御される。
更に乾燥機１における排気口１４に接続される管路Ｐに対してサイクロン１７及び排気ファン１８が具えられる。
【００２７】
またこの実施例では、ヒートポンプユニット２Ａ、２Ｂにおける蒸発器２３において熱を放出した後の作用水Ｍに対して、昇温装置５において用いられた熱媒体（蒸気、ドレン）に残存する余剰な熱を回収するための熱回収機構６が具えられる。
この熱回収機構６は、一例として前記昇温機構５と同様の構成が採られるものであり、図２（ｂ）に示すように、パイプ６２の側周に複数の放熱フィン６３が具えられ、パイプ６２内を通過する流体（蒸気、ドレン）と、放熱フィン６３に接する流体（作用水Ｍ）との間で熱交換を行うプレートフィン式の熱交換器６１により構成されるものであり、ヒートポンプユニット２Ａ、２Ｂと作用水タンク４との間の管路Ｐに対して設けられる。
【００２８】
なおこの実施例では、作用水タンク４に対しては、乾燥システムＳの周辺設備から排出される温排水等から余剰熱を回収することができるように構成されるものであり、温排水がポンプ４２によって作用水タンク４内に配されたパイプ４３内を通過するように構成されている。
ここで前記周辺設備とは、乾燥システムＳの周辺設備のみならず、例えば同じ工場内に設置された他の生産設備を構成する機器、更には他の工場内に設置された機器等をも含んだものとする。
【００２９】
本発明の乾燥システムＳは、一例として上述したように構成されるものであり、以下、その作動態様について説明する。
（１）乾燥気体の流れ
初めに被処理物Ｈの乾燥に寄与する乾燥気体Ｄの流れについて説明する。
まず乾燥気体Ｄ１は、外気が吹込ファン１６Ａにより取り込まれ、次いでヒートポンプユニット２Ａにおける凝縮器２１によって昇温され（一例として９０℃）、更に昇温装置５によって蒸気加熱を受けて昇温され（一例として１２０℃）、その後、給気口１２Ａから乾燥機１内に送り込まれる。
このように本発明によれば、二酸化炭素等を冷媒とするヒートポンプユニット２Ａにより昇温される乾燥気体Ｄ１の温度を９０℃程度の高温状態とすることができ、更にこの乾燥気体Ｄ１を昇温装置５によって流動層乾燥機１に求められる温度（一例として１２０℃）にまで昇温することができるため、乾燥機１として流動層乾燥機等が適用された乾燥システムＳを構成した場合であっても、効率的に運転することが可能となるものである。
因みにヒートポンプユニット２Ａとして、フロン系の冷媒が適用されたものを用いた場合には、ヒートポンプユニット２Ａにより昇温される乾燥気体Ｄ１の温度は５０℃程度にまでしかならない。そのため昇温装置５によって１２０℃にまで昇温することが求められる乾燥運転においては、フロン系の冷媒によるヒートポンプの場合、乾燥気体Ｄ１の昇温エネルギーに占めるヒートポンプの寄与率が低くなり、効率的な運転を行うことできなくなってしまう。
【００３０】
一方、乾燥気体Ｄ２は、外気が吹込ファン１６Ｂにより取り込まれ、次いでヒートポンプユニット２Ｂにおける凝縮器２１によって昇温され（一例として６０℃）、その後、給気口１２Ｂから乾燥機１内に送り込まれる。
そして被処理物Ｈに作用した乾燥気体Ｄ１、Ｄ２は、被処理物Ｈから水分等の揮発分を蒸発させて温度が低下した状態（一例として６６℃）で排気口１４から乾燥機１の外部に排気される。
【００３１】
（２）ヒートポンプユニットの作用
ここでヒートポンプユニット２による乾燥気体Ｄの昇温プロセスについて説明する。
ヒートポンプユニット２においては、蒸発器２３において外部の熱を冷媒（二酸化炭素等）に取り込み、更に圧縮機２４により昇温した後、凝縮器２１において熱を乾燥気体Ｄに供給することにより乾燥気体Ｄの昇温が行われる。そしてこのような蒸発器２３における外部熱源としては、作用水タンク４から供給される作用水Ｍが供されるものであって、蒸発器２３に供給された作用水Ｍは、冷媒（二酸化炭素等）の気化にエネルギーを奪われて温度が低下した状態で蒸発器２３から排出される。
【００３２】
（３）作用水への熱の取り込み
そして作用水Ｍは蒸発器２３から作用水タンク４に戻されるため、作用水タンク４内に貯留される作用水Ｍの温度は低下することとなるが、この作用水Ｍを再度ヒートポンプユニット２における熱源として供するためには、再び昇温する必要がある。
このために本発明では、ヒートポンプユニット２Ａ及びヒートポンプユニット２Ｂの蒸発器２３から排出される作用水Ｍに、熱交換器５１から排出される蒸気あるいはドレンに残存する熱量を、熱回収機構６（熱交換器６１）によって回収するようにした。
更にパイプ４３内に、乾燥システムＳの周辺設備から排出される温排水等を通過させることにより、作用水タンク４内の作用水Ｍに対して温排水等から余剰熱を回収するようにした。
このようにして昇温された作用水Ｍは、再度ヒートポンプユニット２に送られて乾燥気体Ｄ１、Ｄ２の昇温に供されるため、作用水Ｍが持つ熱エネルギーを高めることにより、ヒートポンプユニット２に供給する作用水Ｍの量を低減することができる。この結果、乾燥システムＳ全体のエネルギー効率が向上し、低ランニングコストでの運転が可能となる。
【００３３】
このとき、作用水タンク４内の作用水Ｍの温度が常時一定水温となるように（一例として１２℃）、温度センサＴ１の検出値に応じて、図示しない適宜の制御装置によってパイプ４３を通過する温排水の量が調整される。
またヒートポンプ２には効率的に運転するための最適動作温度域が存在し、作用水Ｍの温度がこの最適動作温度近傍（一例として１２℃）となるように設定されることにより、ヒートポンプユニット２は効率良く運転されることとなる。このため乾燥システムＳ全体のエネルギー効率が向上するのである。
【００３４】
（４）被処理物の乾燥
そして乾燥機１に対して供給された食品原料等の被処理物Ｈは、まず給気口１２Ａから吹き込まれる乾燥気体Ｄ１（１２０℃）によって流動層が形成されるとともに、水分等の揮発分が除去される。
やがて被処理物Ｈは、乾燥の進行とともに自重が軽くなり、堰板１１ａを乗り越えて給気口１２Ｂから吹き込まれる乾燥気体Ｄ２（６０℃）の作用域に入り込み、更に乾燥が進行し、所望の乾燥状態となって排出口１５から外部に排出される（〔００２１〕で説明しているため、ここでの記載は省略する）。
一方、被処理物Ｈに作用した後の乾燥気体Ｄ１、Ｄ２は、排気口１４から乾燥機１の外部に排気され、サイクロン１７によって微粉が除去された後、 外部に排気される。
【００３５】
〔他の実施例〕
本発明は上述した実施例を基本となる実施例とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて、以下に示すような形態を採ることもできる。
【００３６】
まず上述した基本となる実施例で示した乾燥システムＳは、ヒートポンプユニット２を二基具えて構成されたものであったが、図３に示すように一基のヒートポンプユニット２を具えた構成としたり、更には図示は省略するが二基以上の複数機のヒートポンプユニット２を具えるようにしてもよい。
この場合、凝縮機２１において昇温された乾燥気体Ｄ（９０℃）を、管路Ｐを分岐することにより分流し、一方の乾燥気体Ｄを昇温装置５によって１２０℃に昇温し、乾燥気体Ｄ１として給気口１２Ａに供給するようにした。また他方の乾燥気体Ｄは、温度センサＴ３の検出値に基づいて、吹込ファン１６Ｃによって混入される外気の量を調整することにより６０℃とし、乾燥気体Ｄ２として給気口１２Ｂに供給するようにした。
【００３７】
また上述した基本となる実施例で示した乾燥システムＳは、熱回収機構６を具えて構成されたものであったが、蒸発器２３から作用水タンク４に戻される作用水４を昇温するための熱源を別途確保することができる場合には、熱回収機構６を設けることなく乾燥システムＳを構成するような参考形態を採ることもできる。
更に前記昇温装置５に蒸気を供給する蒸気発生装置の熱源として、乾燥システムＳの周辺設備から排出される温排水等から回収される余剰熱を利用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
Ｓ      乾燥システム
１      乾燥機
１０    筐体
１０ａ  ダクト
１１    通気板
１１ａ  堰板
１２    給気口
１２Ａ  給気口
１２Ｂ  給気口
１３    投入口
１４    排気口
１５    排出口
１６Ａ  吹込ファン
１６Ｂ  吹込ファン
１６Ｃ  吹込ファン
１７    サイクロン
１８    排気ファン
２      ヒートポンプユニット
２Ａ    ヒートポンプユニット
２Ｂ    ヒートポンプユニット
２１    凝縮器
２２    膨張弁
２３    蒸発器
２４    圧縮機
４      作用水タンク
４１    ポンプ
４２    ポンプ
４３    パイプ
５      昇温装置
５１    熱交換器
５２    パイプ
５３    放熱フィン
５４    流入口
５５    流出口
５６    調節弁
６      熱回収機構
６１    熱交換器
６２    パイプ
６３    放熱フィン
６４    流入口
６５    流出口
Ｄ      乾燥気体
Ｄ１    乾燥気体
Ｄ２    乾燥気体
Ｈ      被処理物
Ｍ      作用水
Ｐ      管路
Ｔ１    温度センサ
Ｔ２    温度センサ
Ｔ３    温度センサ
Ｔ４    温度センサ
【図１】
0005514480.tif 000002
【図２】
0005514480.tif 000003
【図３】
0005514480.tif 000004